Внимание и память, и Почему они работали лучше, пока ты все не испортил

Ну и дальше ученые картировали мозг на самые разные зоны, определяя, какая из них отвечает за движение левой руки, а какая за зрение и узнавание мелодии по первым трем нотам.

Счет 1:2 – «Доктрина локализации» вырывается вперед.

Победу можно было бы присудить этой команде, она прошла путь от серии интригующих корреляций (наблюдения за тем, что повреждение определенных областей мозга приводит к потере отдельных функций) до общей теории, утверждающей, что каждая функция мозга имеет свою индивидуальную локацию – идею, резюмированную фразой «одна функция – одно место». Но ученые все же считали, что доводы в пользу доктрины локализации могли быть преувеличены.

Ведь это означает, что если какая-то часть была повреждена, то мозг не может адаптироваться или восстановить эту утраченную функцию. Пропало место – пропала и функция. Больше никаких качелей на заднем дворе. А это не так.

Вскоре после головокружительного успеха Карла Вернике в 1876 году Отто Зольтманн провел ряд крайне интересных экспериментов над собаками, используя электрическую стимуляцию.

Он начал исследовать области моторной коры у очень маленьких щенков и обнаружил, что стимуляция моторных областей не вызывала движений передних лап до 10-дневного возраста[5 - Dr. Otto Soltmann (1876) on development of the motor cortex and recovery after its removal in infancy S. Finger 1, T. Beyer, P. J. Koehler.]. Он также обнаружил, что по мере взросления животных часть моторной коры, контролирующая движения, увеличивалась, а затем достигла своего окончательного размера во взрослом возрасте.

А если у совсем маленьких щенков и вовсе повредить эту моторную зону мозга до того, как она начнет отвечать за движения лапами, то… ничего страшного не будет. Лапки все равно будут двигаться. Напротив, если то же провернуть со взрослым животным, то передние лапы полностью парализует.

Это было первое экспериментальное свидетельство, которое показало, что другие зоны мозга вполне могли заменить поврежденную область, но только в определенном возрасте и до определенных пределов.

Счет 2:2, снова ничья. Но «Доктрина локализации» доминирует на ринге и перехватывает инициативу. Тягаться с такими

звездами, как Брока и Вернике, было довольно сложно, так что работе Отто долго не отдавали должного внимания.

В 1909 году Карбиниан Бродман аккуратно разделил кору головного мозга на 52 области на основе их клеточных характеристик. Он опубликовал свою работу по клеточному строению, и она до сих пор часто цитируется, поскольку многие из областей, которые он определил, коррелируют с ключевыми функциями коры головного мозга.

Неудивительно, что после этого в течение второй половины XX века доктрина локализации доминировала в научном мире и прочно утвердилась в умах большинства нейробиологов того времени.

Победа в первом раунде уходит команде «Доктрина локализации».

Но оппозиция росла и крепла на задворках научного мира.

Например, Дональд Хебб в 1949 году вопреки общим научным веяниям предположил, что нервная система изменяется в процессе обучения.

Мысль его шла так: если нейрон А возбуждается, а он соединен синаптической связью с нейроном В, в результате вызывая и его возбуждение, и это повторяется неоднократно, то химические нейромедиаторы изменяют связь между А и В, усиливая их обоих.

Результатом этой усиленной связи в конечном счете является процесс обучения.

Теперь это называется теорией Хебба и неофициально объясняется как «нейроны, которые возбуждаются вместе, связываются друг с другом».

Теория Хебба заложила основу для современных взглядов на нейропластичность прежде всего из-за утверждения, что нейронные сети могут быть изменены поведенческим опытом[6 - The brain that changes itself: Stories of personal triumph from the frontiers of brain science. APA Psyc Doidge, Norman.]. А это крайне волнительная и многообещающая мысль.

Во втором раунде команда «Холистика» вывела на ринг нового бойца и начинает активно отвоевывать победу.

А теперь, дамы и господа, разбудите своего внутреннего ребенка, потому что сейчас самое время удивляться и заново открывать для себя волшебство этого мира.

В конце 1960-х Пол Бах-и-Рита представил идею сенсорного замещения – использование альтернативных путей передачи информации в мозг в случае повреждения или непроходимости основных проводящих путей.

По сути, Бах-и-Рита был первым, кто взял идеи нейропластичности и применил их осмысленным и функциональным способом для пациентов.

Он придумал стул, который позволял незрячим людям «видеть».

Исследования, которые он провел, считаются первой формой экспериментального доказательства нейропластичности и возможности сенсорного замещения.

Итак, пациенты, незрячие от рождения, сидели в кресле, в спинку которого упирались 400 вибрирующих пластин.

Вибрация менялась в зависимости от характеристик «показываемого» объекта. Мозг незрячих людей вскоре учился интерпретировать эти сигналы, позволяя им «видеть» объекты на элементарном уровне. В результате обучения они могли различать вертикальные, горизонтальные, диагональные и изогнутые линии. Затем они научились распознавать комбинации линий (круги, квадраты и треугольники).

А потом овладели «словарным запасом» из 25 обычных предметов: телефон, стул, чашка, игрушечная лошадка и др. При повторных предъявлениях латентность или время узнавания этих объектов заметно снижаются; в процессе учащиеся открывают для себя такие понятия, как перспектива, тени, искажение формы в зависимости от точки зрения и расстояния[7 - Vision substitution by tactile image projection P. Bach-y-Rita, C. C. Collins, F. A. Saunders, B. White, L. Scadden.].

Неплохо, да?

В 1969 году Джеффри Райсман опубликовал в Brain Research статью, в которой рассматривался вопрос о том, способна ли центральная нервная система к реорганизации на анатомическом уровне[8 - Neuronal plasticity in the septal nuclei of the adult rat G. Raisman.].

Райсман исследовал мозг крыс, взяв маленький участок, к которому вели два разных нервных пути, приносящих информацию. Затем перерезал один из них, чтобы определить, произошли ли какие-либо изменения. Он обнаружил, что волокна от сохранившегося пути заняли освободившиеся синапсы от перерезанного («свято место пусто не бывает»). То есть он обнаружил реиннервацию в мозге.

С этого момента уже никакие авторитеты прошлого больше не могли заглушить значимость открытий нейропластичности – умения мозга изменять себя. Стало понятно, что центральную нервную систему больше нельзя считать неспособной к восстановлению после повреждения.

А значит, после падения с качелей все же есть шанс стать нейрофизиологом или, на худой конец, математиком.

Да, генетика сильно влияет на изначальные данные, но затем жизненный опыт и наше старание берут инициативу на себя, и мы можем изменить свой мозг. Раз уж есть люди, которые научились видеть спиной, то и вы можете вырасти над собой и достичь большего.

Нейропластичность – что мы знаем сейчас и зачем все постоянно повторять дважды?

Итак, на сегодняшний день наука придерживается мнения, что базовая структура мозга заложена генами еще до рождения. Но его дальнейшее развитие в значительной степени зависит от окружающей среды.

Больше всего изменений мозг претерпевает в раннем детском возрасте – это период наибольшей изменчивости, период ранней, или структурной нейропластичности, когда в процессе роста и развития изменяются и нейроны, и синаптические связи.

В формирующемся детском мозге ранняя нейропластичность идет на качественном и количественном уровнях: появляются новые нейроны и меняется сила связей между ними. Новые нейроны активно создаются в течении внутриутробной жизни, и при рождении каждый имеет около 2500 синапсов, но к трем годам это число вырастает до колоссальных 15 000 синапсов на нейрон.

Это время, когда маленький человек с легкостью обойдет любого академика в умении запоминать и формировать новые навыки. Сделает он это играючи, не прикладывая никаких усилий, просто посмотрев, как делают другие, и попробовав несколько раз самостоятельно.

Но чем старше становится ребенок, тем слабее будет становится его способность к обучению. К 25 годам количество синапсов в мозгу уменьшится вдвое, и чтобы чему-то научиться, придется прикладывать активные усилия.

(Заметьте, кривая нейропластичности не уходит в пике и не врезается в ось абсцисс, она плавно снижается, но не исчезает. Мозг может изменяться на протяжении всей жизни, просто делает он это чуть менее охотно.)

Происходит это из-за процесса, известного как синаптический прунинг. Нейроны, которые используются часто, образуют более прочные связи, а те, которые редко или никогда не используются, в конечном итоге умирают.

Мозг жертвует большим количеством синапсов, зато оставшиеся нейронные сети станут работать эффективнее.

Когда вы учились кататься на велосипеде, вы сначала использовали все свои мышцы разом, пытаясь следить за равновесием, крутить педали, заранее группироваться на случай падения и звонить в звоночек. Потом вы научились ездить эффективно, и теперь требуется меньше мышечных усилий и меньше нейронов должно быть задействовано, чтобы контролировать весь процесс, а ваша езда стала более плавной и быстрой.

Умение взрослого мозга использовать нейропластичность скорее относится к способности модулировать силу синаптических связей и называется функциональной нейропластичностью. То есть реальных количественных изменений уже не происходит, все нейроны на своих местах в том же количестве, но меняется сила связей между ними.

Если уж совсем подробно, то новые нейроны во взрослом мозге иногда все же появляются, но скорее в качестве исключения и по очень важным поводам. Например, в зубчатой извилине гиппокампа (область, отвечающая за память) и субвентрикулярной зоне бокового желудочка, откуда нейроны затем мигрируют в обонятельную луковицу (область, участвующую в обработке запахов), можно поймать пару молодых нейронов, но как в самом начале жизни уже не будет.

Говоря простым языком: что выросло, то выросло, живите с этим.

Функциональная нейропластичность «для взрослых» происходит в ответ на:

• предыдущую активность (деятельностно-зависимая пластичность) – вы что-то натворили (решили учить китайский), и нейроны начали укреплять синаптические связи в какой-то конкретной зоне, например в той, что отвечает за понимание новых слов;

• повреждение нейронов (реактивная пластичность) для компенсации патологического события, как когда после удара по голове приходится проходить долгие месяцы реабилитации, чтобы мозг снова научился делать то, что уже умел.